高中物理 3.3放射性衰变课件 新人教版选修1-2

高中物理 3.3放射性衰变课件 新人教版选修1-2内容摘要：

1、三、放射性衰变 情境导入 课程目标 有一天 , 加拿大著名的核物理学家斯罗达博士正与同事们研究两块被放在轨道上的浓缩铀对合的临界质量 , 就在这时 , 一场意外发生了 : 拨动铀块的螺丝刀突然滑落 , 两块铀在轨道上相向滑动 , 就在两块铀即将滑到一起的关键时刻 , 斯罗达奋不顾身地用双手把它们隔开了 ,避免了一起极其可怕的核爆炸事故。 加拿大政府和人民把他誉为 “ 用双手掰开原子弹的人 ”,但斯罗达博士于出事后的第九天就离开了人世 , 是什么夺走了这位优秀科学家的生命呢 ? 提示 : 高剂量的核辐射。 1 . 知道什么是放射性衰变 , 了解 衰变、 衰变的规律 , 会用半衰期描述衰变的快慢。 2、2 . 了解放射性的应用和防护。 3 . 通过查阅资料 , 了解有关民用建材放射性的国家标准 , 了解石材的质量等级。 ( 如 : 哪些石材不适于室内装饰使用 ) 一 二 三 一、放射性衰变 1 . 概念 :原子核 自发 地放出某种粒子而转变为新的原子核的现象叫作放射性衰变。 2 . 种类 ( 1 ) 衰变 概念 : 原子核放出 粒子 的衰变 , 叫作 衰变。 规律 : 每发生一次 衰变 , 新核与旧核相比 , 原子序数减少 2 , 质量数减少 4 , 即新核在元素周期表中的位置前移 两 位。 ( 2 ) 衰变 概念 : 原子核放出 粒子 的衰变 , 叫作 衰变。 规律 : 每发生一次 衰变 3、, 新核与旧核相比 , 原子序数 增加 1 , 质量数 不变 , 即新核在元素周期表中的位置 后 移一位。 一 二 三 ( 3 ) 衰变 概念 : 原子核放出 射线 的衰变 , 叫作 衰变 , 它是 衰变、 衰变的伴生物。 规律 : 射线的发射只是使原子核的 能量状态 发生改变 , 而原子核的电荷数和质量数都 保持不变 , 即不发生 元素种类 的改变。 3 . 描述 ( 半衰期 ) ( 1 ) 概念 :放射性元素的原子核有 一半数量 发生衰变所需要的时间叫作半衰期 , 它是用来描述放射性元素 衰变快慢 的物理量。 ( 2 ) 决定因素 放射性元素衰变的快慢是由 原子核本身 的性质决定的 , 与 4、原子核所处的化学状态和物理状态 无关。 一 二 三 思考 有人说 , 由于在 衰变中放出一个电子 , 说明电子是原子核的组成部分 , 这种说法对 吗 ? 提示 :不对 ,这是因为 衰变中的电子是由原子核中的中子转化来的 ( 同时还生成一个质子留在核内 )。 一 二 三 二、放射性的应用 1 . 射线的利用 在医疗方面 , 射线能够治疗 癌症 ; 工业部门 , 射线可以用来测量 厚度 ; 利用 射线 照射种子 , 会使种子发生变异 , 从而培育出新的优良品种等。 2 . 作为示踪原子 由于放射性元素放出的射线很容易检测 , 因此可以用这些射线显示原子的 踪迹 , 这种方法叫作示踪原子法。 一 5、 二 三 三、放射性污染和防护 1 . 放射性污染 人类从来就生活在有放射性的环境中 , 然而 过量 的射线对人体有破坏作用 , 因此 , 在使用放射性同位素时 , 必须 注意人身安全 , 同时要防止放射性物质对环境的污染。 2 . 放射性的防护 在生活中 , 对那些有可能有放射性的物质要有防范的意识 , 尽可能 远离放射源。 探究 一 探究 二 放射性衰变 问题导引 放射性衰变的种类有哪些 ? 衰变发生时遵循什么规律 ? 提示 : 衰变和 衰变 ,而 衰变仅仅是前两种衰变的伴生物 ;无论发生哪种衰变 ,衰变前后都遵循质量数和电荷数两个守恒。 探究 一 探究 二 名师精讲1 . 两类衰变 ( 6、1 ) 衰变 : 原子核放出一个 粒子 , 新核的质量数比原来的核减少了 4 ,新核的电荷数比原来的核减少了 2 , 在元素周期表上向前移 动两位。 衰变方程为 :X - 2 - 4Y +24 ( 2 ) 衰变 :原子核放出一个 粒子 , 新核的质量数不变化 , 而电荷数增加了 1 , 在元素周期表上向后移动一位。 衰变方程为 :X + 1- 10e。 探究 一 探究 二 2 . 确定衰变次数的方法 设放射性元素 X 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后 , 变成稳定的新元素 Y , 则衰变方程为 : X Y + 24 - 10e。 根据电荷数 和质量数守恒可列方程 : A= A + 4 n 7、, Z = Z + 2 n - m。 以上两式联立解得 : n= - 4, m= - 2+ Z - Z。 由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 探究 一 探究 二 3 . 粒子和 粒子衰变的实质 粒子实质就是氦核 , 它是由两个质子和两个中子组成的。 当发生 衰变时 , 原子核中的质子数减少 2 , 中子数也减少 2 , 因此新原子核的电荷数比未发生衰变时的原子核的电荷数少 2 , 为此新原子核比原来的原子核在元素周期表中的位置向前移动两位。 衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子 , 即 粒子放射出来 , 同时还生成一个质子留在核内 , 使核电荷数增加 1 , 但 衰变不改变 8、原子核的质量数 , 所以发生 衰变后 , 新原子核比原来的原子核在周期表中的位置向后移动一位。 探究 一 探究 二 4 . 半衰期 ( 1 ) 放射性元素的原子核有一半数量发生衰变所需要的时间 , 叫作这种元素的半衰期。 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量 ; 不同的放射性元素 , 其半衰期不同 , 有的差别很大。 ( 2 ) 公式 :用 T 表示半衰期 , 0表示衰变前的质量和原子核数 , m 和N 表示衰变后的质量和原子核数 , 则 : m=2=2- , N =02=2- ( 3 ) 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由核内部的因素决定的 , 跟原子所处的物理状态 ( 如温度、压强 ) 或 9、化学状态 ( 如单质、化合物 ) 无关。 探究 一 探究 二 【例题 1 】 92238U 核经一系列的衰变后变为 82206 , 问 : ( 1 ) 一共经过几次 衰变和几次 衰变 ? ( 2 )82206 92238U 相比 , 质子数和中子数各少多少 ? 探究 一 探究 二 解析 : ( 1 ) 设 92238U 衰变为 82206过 x 次 衰变和 y 次 衰 变。 由质量数和电荷数守恒可得 238 = 206 + 4 x 92 = 82 + 2 x - y 联立 解得 x= 8 , y= 6 ,即一共经过 8 次 衰变和 6 次 衰变。 ( 2 ) 由于每发生一次 衰变质子数和中子数均 10、减少 2 ,每发生一次 衰变中子数减少 1 ,而质子数增加 1 ,故 82206 92238U 质子数少 10 , 中子数少 22。 答案 : ( 1 ) 8 次 衰变 , 6 次 衰变。 ( 2 ) 质子数少 10 , 中子数少 22。 探究 一 探究 二 题后反思 可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数 , 再根据每发生一次 衰变质子数、中子数均减少 2 , 每发生一次 衰变 中子数减少 1 、质子数增加 1 来推算质子数、中子数的变化。 探究 一 探究 二 放射性的应用 问题导引 生活和生产中所用的射线为什么都是人造放射性同位素 ? 提示 :这是因为人造放射性同位素的放射强度 11、容易控制 ,放射源形状可随意制成 ,更为重要的是 ,其半衰期比天然放射性物质的半衰期短得多 ,放射性核废料容易处理。 探究 一 探究 二 名师精讲1 . 放射性的应用 ( 1 ) 射线的利用 利用 射线的贯穿本领。 利用 射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹 , 这叫作 射线探伤。 利用 射线可以检查 30 的钢铁部件。 利用放射线的贯穿本领 , 可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等 ,从而自动控制生产过程。 利用 射线的电离作用。 射线能使空气电离 , 从而可以消除静电积累 , 防止静电产生的危害。 利用 射线照射种子 , 会使种子发生变异 , 从而培育出新的优良品种。 利用放射线的能量 12、 , 轰击原子核实现原子核的人工转变。 在医疗上 , 常用钴 60 来控制病变组织的扩大。 探究 一 探究 二 ( 2 ) 作为示踪原子 把放射性同位素的原子掺到其他物质中去 , 让它们一起运动、迁移 , 再用放射性探测仪器进行追踪 , 就可知道放射性原子通过什么路径 , 运动到哪里了 , 是怎样分布的。 我们把用作这种用 途的放射性同位素叫作示踪原子。 示踪原子有极为广泛的应用。 在工业上 , 可用示踪原子检查输油管道渗漏的情况。 在农业生产中 , 可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间。 在医学上 , 可用示踪原子帮助医生确定肿瘤的部位和范围。 在生物科学研究方面 , 放射 13、性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛。 探究 一 探究 二 2 . 放射线的防护 为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏 , 人们采取了有效的防范措施。 例如 : 在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄 ;用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内 , 并埋 在深海里。 在生活中对那些有可能有放射性的物质要有防范的意识 , 尽可能远离放射源。 ( 1 ) 对 射线的防护。 由于 粒子较大 , 又带有两个电子电荷量的电荷 ,因此 , 它的穿透本领较弱 , 甚至一张纸就能把它挡住 , 但它的电离本领较大。 故在使用 放射源或接触 射线时 , 主要不是考虑外防护 , 而是使 粒子不 14、要进入体内。 因为人的皮肤可使 粒子进入不了体内 , 但如果实验完不洗手就吃东西 , 使很多 粒子进入体内 , 它会使食道内壁电离而受到严重的损伤。 因此 , 使用 放射源 , 要防止 粒子通过口或伤口进入体内 , 造成伤害。 探究 一 探究 二 ( 2 ) 对 射线的防护。 射线是高 速运动的电子 , 它的穿透本领较强 , 但不如 射线和中子的穿透本领强 , 对 射线的防护要注意它的次级效应。 这是因为 , 高速运动的电子与物质相互作用时 , 产生轫致辐射 ( 光子 )。 特别是与重粒子相互作用时 , 轫致辐射相当厉害。 例如 , 在接触 射线时 , 为保护眼睛 , 应该用普通的玻璃眼镜 , 不能用铅玻璃或较重的物质的眼镜。 因为较重的物质与 射线作用 , 在镜片上产生非常强的轫致辐射 , 虽然 射线被防护了 , 但其次级的射线将会伤害眼睛。 ( 3 ) 对 射线的防护。 对 射线主要是防护外照射。 一般采用较重的物质 , 如用铅等来防护。 一般钴 60 辐射源放置在 铅罐中。 探究 一 探究 二 【例题 2 】 2000 年 8 月 21 日 , 俄罗斯 “ 库尔斯克 ” 号核潜艇在巴伦支海遇难 , 沉入深度约为 100 m 的海底 , “ 库尔斯克。